楊斌博，李廣成

(1.武漢郵電科學研究院，武漢430074；2.烽火通信科技股份有限公司，武漢430074）

RoF和xPON的混合組網(wǎng)探討

楊斌博1，李廣成2

(1.武漢郵電科學研究院，武漢430074；2.烽火通信科技股份有限公司，武漢430074）

如何利用現(xiàn)有光纖資源是解決光載射頻傳輸（RoF）應(yīng)用于4G移動前傳的一個可行思路。首先簡述了RoF和xPON的組網(wǎng)各要素并指出傳統(tǒng)xPON應(yīng)用于移動回傳的不足，然后根據(jù)二者共性提出混合組網(wǎng)的解決方案，并對混合組網(wǎng)的形式、應(yīng)用場景及技術(shù)難點作了探討。

RoF；xPO N；混合組網(wǎng)

0　引言

隨著我國4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模商用，高速大容量的移動通信為人們帶來高帶寬的應(yīng)用，但也面臨未來更高帶寬的剛性需求。4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用BBU（Base Band Unit,BBU）+RRU（Radio Remote Unit,RRU）分布式基站組網(wǎng)方案。主要處理模塊位于中心機房BBU，從而可以使RRU功能和結(jié)構(gòu)簡化，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)容量，使得網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和維護更加靈活，同時能夠有效地降低成本。在BBU和RRU之間利用光纖作為傳輸鏈路，具有低損耗、高帶寬和防止電磁干擾等特點。傳統(tǒng)的基站回傳技術(shù)（如SDH/MSTP、PTN）存在光纖資源占用高、帶寬受限的缺點，尤其是在進行室內(nèi)覆蓋的情況下這些缺點更為明顯。一種光纖直接承載射頻信號的技術(shù)RoF（Radio over Fiber,RoF）成為業(yè)界關(guān)注的焦點之一，RoF融合無線和有線的技術(shù)優(yōu)點，在保障終端移動性的同時，也提供了高帶寬，可提供數(shù)十G的潛在帶寬。xPON是FTTx核心技術(shù)，已規(guī)模化商用。目前有很多針對RoF和WDM-PON融合的研究，但需要重新設(shè)計OLT及ONU的整體架構(gòu)，短期內(nèi)難以實現(xiàn)快速商用。如現(xiàn)階段能將RoF和xPON進行混合組網(wǎng)，則暫時規(guī)避了該問題，將非常有利于加速4G及后續(xù)新技術(shù)的快速部署，支持透明升級?；谏鲜黾夹g(shù)現(xiàn)狀，本文對RoF和xPON的混合組網(wǎng)進行探討。

1　技術(shù)簡介

1.1RoF技術(shù)簡介

射頻信號基于RoF傳輸，所有頻率的調(diào)度均由BBU模塊完成，RRU設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡單，更具成本優(yōu)勢、部署靈活和維護方便等特性，因而更適用于移動前傳，尤其是4G網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

在30GHz以上的微波頻段，特別是40～60GHz，能夠提供數(shù)十G的無線帶寬，同時無線信號在空間傳播時衰耗非常嚴重，可以降低蜂窩小區(qū)的半徑，這樣既能實現(xiàn)無縫覆蓋，又能減少相鄰小區(qū)間的頻率干擾，是未來室內(nèi)無線覆蓋中非常具有潛力的頻段，將該頻段融合進RoF具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

RoF支持單纖雙向的點對多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時下行方向采用廣播模式[2]，傳輸距離可達50km[3]。典型的RoF網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2、圖3所示。RoF組網(wǎng)形式中點對多點拓撲能夠有效降低整體組網(wǎng)功耗[4]，節(jié)約運營成本，應(yīng)重點考慮部署。

圖1　Radio-over-Fiber方案原理示意圖

圖2　RoF點對點網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

圖3　RoF點對多點網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

1.2xPON技術(shù)簡介

xPON是無源光網(wǎng)絡(luò)接入核心技術(shù)，由局端OLT設(shè)備、ODN和遠端ONU設(shè)備組成，形成點對多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

xPON目前已規(guī)模部署，下一代40G PON也已經(jīng)選定 TWDM-PON方案[5]。TWDM-PON通過波長堆疊后向兼容GPON、XGPON并支持ODN重用以保護運營商投資。表1列出了部分關(guān)鍵指標的對比。xPON所使用的波長如圖4所示。

表1　xPON技術(shù)關(guān)鍵指標對比

1.3傳統(tǒng)xPON基站回傳

xPON也應(yīng)用于移動基站回傳，傳統(tǒng)的回傳方案是將移動中心站的基帶信號通過數(shù)字接口，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)OLT傳輸至遠端ONU，其ONU類型為CBU（Cell Backhaul Unit,CBU），提供的接口類型通常為GE，時鐘方案可采用帶內(nèi)1588V2和SyncE，或提供1PPS+ TOD時間接口[7]。但該方案受到了xPON上下行總帶寬的限制，還需要尋找一種新的方案能夠應(yīng)對高總帶寬的場景。

2　混合組網(wǎng)

現(xiàn)階段中國各大運營商均大規(guī)模部署了xPON網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)TTx已經(jīng)規(guī)模接入到小區(qū)、大型商場、體育館、高層寫字樓等，這些場所通常是無線室內(nèi)覆蓋的盲點、熱點，有剛性的深度覆蓋需求。根據(jù)表1，目前已規(guī)模部署的xPON技術(shù)的最大傳輸距離為20km，下一代xPON技術(shù)可達40km甚至60km，在有效距離上也比較符合RoF的部署特點（50km）[3]。RoF同xPON的混合組網(wǎng)能夠充分利用已部署的ODN網(wǎng)絡(luò)，且RoF所使用波長規(guī)避xPON的波長（如圖4所示）即不重疊，具有快速部署、維護方便、節(jié)省Capex效果顯著等特點。

2.1混合組網(wǎng)形式

混合組網(wǎng)形式依據(jù)BBU同OLT是否共站址而有不同的組網(wǎng)形式：

①二者共站址時，RoF通過合分波器接入xPON網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過光分離器到達遠端RRU單元，經(jīng)過O/E變換后直接通過天線發(fā)送給最終用戶。接收方向上RRU將接收到的用戶信號經(jīng)過E/O變換向回傳送至BBU，從而完成信號的雙工通信。當RRU同ONU共站點時需增加1∶2的光分離器，如圖5所示。RoF的波長選擇必須規(guī)避xPON所使用的波長。

圖4　xPON的波長分配圖

圖5　BBU和OLT共站址的混合組網(wǎng)

②二者異站址時，合分波器件可位于ODN的某一分支上，如圖6所示。

圖6　BBU和OLT異站址的混合組網(wǎng)

2.2應(yīng)用場景

RoF和xPON混合組網(wǎng)可應(yīng)用的場景有居民小區(qū)、別墅區(qū)、CBD、醫(yī)院、酒店、大型購物商城、體育館、機場、火車站等等場合，并可以提供三網(wǎng)融合服務(wù)，如圖7所示。

圖7　RoF和xPON混合組網(wǎng)的應(yīng)用場景

共站址的組網(wǎng)形式更適用于各種業(yè)務(wù)同運營商，或新建站點等場景，便于總體規(guī)劃設(shè)計和維護。

異站址的組網(wǎng)形式更適用于各種業(yè)務(wù)來自不同運營商，或舊網(wǎng)改造等場景。

RoF具有對所傳輸射頻信號透傳特性，在不同的兩種混合組網(wǎng)形式中，均支持后續(xù)業(yè)務(wù)平滑加載功能，可采用新的波長來加載某種業(yè)務(wù)或者接入某個運營商的新網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

借助xPON已規(guī)模部署的ODN網(wǎng)絡(luò)，運營商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要或某一用戶的需求逐步通過RoF加載業(yè)務(wù)，選取不同類型的RRU即可用于以上場景的室外或室內(nèi)覆蓋。同時，RoF或xPON的部署順序可以靈活處理。

2.3技術(shù)難點

RoF同xPON混合組網(wǎng)具有節(jié)約成本、部署快速和便于維護等優(yōu)勢，但實際部署時也存在一些技術(shù)難點，在規(guī)劃、設(shè)計和部署時需要認真考慮。

①光調(diào)制技術(shù)：毫米光波的產(chǎn)生是RoF的關(guān)鍵技術(shù)之一，低成本高效率的光調(diào)制技術(shù)是實現(xiàn)規(guī)模部署的關(guān)鍵[8]。

②非線性效應(yīng)：隨著RRU終端的增加，光纖中所使用的波長數(shù)量和總的光功率也會增加，光纖和激光器的非線性效應(yīng)也會隨之增加，如四波混頻（Four Wavelength Mix,FWM）和相位交叉調(diào)制（Cross-Phase Modulation,XPM）等，需要綜合考慮波長規(guī)劃、線路總的光功率預(yù)算和各波長的增益平衡。

③光功率預(yù)算：當RRU同ONU共站時，需要在線路中增加1：2光分離器，降低了抵達ONU和RRU的光功率，因而需要綜合規(guī)劃xPON和RoF的光功率預(yù)算，同時也需要兼顧成本因素，選取合理的光器件，或者增加合適的光放大器。

④無色光模塊：混合組網(wǎng)中ONU和RRU均需要采用無色收發(fā)光模塊，相對于各自單獨部署，尤其終端數(shù)量較大時，成本會相應(yīng)增加很多，需要運營商引導(dǎo)光模塊廠家開發(fā)出低成本的無色光模塊。

⑤維護：RoF和xPON混合組網(wǎng)后覆蓋的用戶密度將上升一個數(shù)量級，一旦出現(xiàn)斷纖尤其主干光纖斷纖等故障，會有大量的用戶受到影響，因此需要考慮系統(tǒng)維護的時效性。因此，應(yīng)該增加光線路檢測手段，如果是同運營商，則可借助xPON系統(tǒng)（有些廠家OLT設(shè)備支持OTDR檢測模塊）的光線路診斷功能定位斷纖位置，以便及時恢復(fù)服務(wù)；如果是異運營商，則需要在RoF系統(tǒng)設(shè)計時增加OTDR檢測功能模塊，需要克服ODN網(wǎng)絡(luò)對OTDR的影響。

3　結(jié)束語

RoF和xPON的都是優(yōu)秀的接入技術(shù)，應(yīng)用于不同的場景，目前針對RoF和WDM-PON融合的研究較多[3,4,9]，但需要對OLT和ONU的整體架構(gòu)進行重新設(shè)計，短期內(nèi)難以實現(xiàn)商用。而二者混合組網(wǎng)能夠較為快速地進行部署，并可靈活應(yīng)用于不同的場景，而且不會對現(xiàn)有已部署的xPON造成大的影響，能有效保護運營商的投資。

目前RoF離規(guī)模部署還有待時日，但相信隨著研究的不斷深入和技術(shù)難點的解決，RoF和xPON的混合組網(wǎng)將會有更加廣闊的應(yīng)用前景，并支持未來向二者融合平滑過渡。

[1]XIAO Y,YU J.A novel WDM-RoF-PON Architecture based on 16QAM-OFDM Modulation for Bidirectional Access Networks[J].Optics Communications,2013(295):99-103.

[2]LIU Y,QI X,XIE L.Dual-beam Optically Injected Semiconductor Laser for Radio-over-Fiber Downlink Transmission with Tunable Microwave Subcarrier Frequency[J].Optics Communications,2013(292):117-122.

[3]SARUP V,GUPTA A.A Study of various Trends and Enabling Technologies in Radio over Fiber(RoF)Systems[J].Optik-International Journal for Light and Electron Optics.2015,126(20):2606-2611.

[4]GOWDA A S,DHAINI A R,KAZOVSKY L G,et al.Towards Green Optical/Wireless In-Building Networks:Radio-Over-Fiber[J].JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY.2014,32(20):3545-3556.

[5]蔣銘，沈成彬，金嘉亮.NG-PON2技術(shù)進展及其應(yīng)用研究[J].電信科學,2014（6）：111-117.

[6]李俊瑋，楊立偉.NG-PON2標準化進展及其技術(shù)方案[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2013（10）：57-59.

[7]黃寅，李廣成.GPON+PTN技術(shù)在移動回傳網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].電視技術(shù)，2011，35（14）:39-42.

[8]白嬌.RoF系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學電信工程學院，2007.

[9]楊立偉，李俊瑋.基于RoF-PON融合的接入系統(tǒng)研究[J].電信網(wǎng)技術(shù),2014（4）：48-52.

Discussion on integration of RoF and xPON

YANG Bin-bo1,LI Guang-cheng2
(1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan 43074,China；2.FiberHome Telecommunication Technologies Co.,Ltd.,Wuhan 430074,China）

As numerous optic fibers demanded for deploying Radio over Fiber(RoF)technology in 4G network,it is a logic proposal to find out how to utilize the deployed optic fibers underground efficiently.Firstly the essential key networking elements of both RoF and xPON were briefed,meanwhile the deficiency of conventional xPON in mobile backhaul application was concerned,and then based on the common points of them,the solution of integration of RoF and xPON is proposed,moreover,its networking methods,application scenarios and technical difficulties are further discussed as well.

radio over fiber,xPON,integration networking

TN915.62,TN915.65

A

1002-5561（2016）05-0001-04

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.05.001

2015-12-25。

楊斌博（1979-），男，碩士，工程師，主要從事光通信系統(tǒng)研究。